电涌保护器的原理及其防雷分级保护

朝鲁

电涌保护器是一种能够有效防御雷电灾害的装置，目前在防雷工程中应用十分广泛。本文根据电涌保护器应用实际，重点对电涌保护器的原理及其防雷分级保护进行探讨，以供相关人士参考。

一、电涌保护器的工作原理

电涌保护器使用具有优异特性的非线性元件。一般来说，保护器处在非常高的电阻状态，漏电流差不多为零，确保电源系统供电正常。一旦电源系统发生过压浪涌时，保护器会以纳秒级快速开启，将过压幅度限制在仪器的安全工作范围内。此外，凭借良好的接地释放浪涌电流能量。之后，电涌保护器迅速返回高阻态，促使电源系统供电处于正常状态。

二、电涌保护器的防雷分级保护

（一）第1级保护

第一级保护的主要作用是避免浪涌电压直接由建筑外部（LPZ0区域）传导到内部第1保护区（LPZ1区），对浪涌电压进行限制，由数万到数十万伏控制在2500至3000伏。安装在家用電力变压器低压侧的电涌保护器应为三相电压开关式电涌保护器作为第一级保护器，它的雷电通量应大于或者等于60 kA。此级别的电涌保护器应为大容量电涌保护器，连接在客户电源系统的输入线路与地面之间。这类电涌保护器通常要求每相的最大冲击能力超过100 kA。所需的限制电压低于1500 V，也就是CLASS-Ⅰ级电涌保护器。这些浪涌保护器设计用于承受雷电和感应雷击中的大电流以及高能量浪涌，能够把大量浪涌电流向大地分流。这些保护器只提供限制电压（当浪涌电流流过浪涌保护器时，线路上的最大电压叫作限制电压）作为中等级的防护。 CLASS-I级保护器通常吸收大的浪涌电流。单单借助于它们无法对电源系统内的敏感电气设备进行完全保护。第1级浪涌保护器能够防止10 /350μs，100 kA雷电波，并符合IEC规定的最高保护标准。技术参考如下：雷电流容量不小于100 kA（10 /350μs），残余电压小于或者等于2.5 kV，响应时间不超过100 ns。

（二）第2级保护

第2级保护的主要作用是将通过第1级电涌保护器残留的浪涌电压限制在1500至2000 伏，在LPZ1-LPZ2进行等电位连接。主配电柜中每个配电柜线的电涌保护器输出应为限压浪涌保护器，作为第2级保护，它的雷电通流量应等于或者大于20 kA，同时需要在由电气设备供电的重要或敏感的分配配电位置安装。这些电涌保护器通过客户电源入口处的电涌放电器的遗留浪涌能量能够更好的进行吸收，并且对瞬态过电压有一定的抑制能力。在该区域使用的电涌保护器要求每相的最大冲击能力超过45 kA，并且所需的限制压要求低于1200 V，也就是CLASS-Ⅱ级电涌保护器。通常，客户的供电系统达到2级保护，便基本上能够满足电力设备安全运行的要求。第2级电涌保护器使用C类保护器对相线、中性线、接地线等线路进行全模式保护。其技术参数包含：雷电通流容量要求不小于40 kA（8 /20μs），剩余电压峰值要求小于或者等于1000 V，响应时间要求不超过25 ns。

（三）第3级保护

第3级保护的主要作用是通过将剩余浪涌电压降低至低于1000 V来最终保护设备，以便浪涌能量不会对设备造成损坏。安装在电子信息设备交流电源输入端的电涌保护器应为串联式限压电涌保护器作为3级保护，其雷电流容量应大于或等于10 kA。最后一道防线在的内部电源部分使用内置型电涌保护器，以完全消除小的瞬态过电压。在该区域采用的浪涌保护器要求每相的最大脉冲流量不超过20 kA，并且限制电压要求不超过1000 V。针对某些特别重要亦或者比较敏感的电子设备最好采取第3级保护措施，以保护用电设备免受系统内产生的瞬态过电压的影响。针对微波通信设备，移动台通信设备和雷达设备中采取的整流电源，必须根据工作电压的保护实际情况选择工作电压适应的直流电涌保护器当作末级保护。

（四）第4级及以上保护

结合被保护设备的耐压等级，若2级防雷便能够达到低于设备的耐压水平的电压限制，则只需进行2级保护，若设备的耐压水平较低，那么则可能需3级、4级甚至更多级的保护。第4级保护其雷电通流容量要求不小于5 kA。

三、结语

雷电灾害是我国各个地区经常出现的气象灾害之一，几乎每年均会因为雷电灾害而给建筑物、电子设备造成一定的破坏而带来巨大的经济损失，严重时甚至造成人员伤亡事故。电涌保护器作为一种能够置为各电力、通信线路、电子仪器设备等提供安全保护的装置，其能够有效的限制瞬态过电压以及降低电涌电流，保护设备免遭雷击损坏。所以各个地区在防雷工程设计与施工中应结合电涌保护器的原理及其防雷分级保护特点，科学应用电涌保护器，尽可能发挥电涌保护器防雷减灾的实际作用。（作者单位：内蒙古呼和浩特市气象局气象灾害防御中心）